智能感知技术 基于SD4101R的人体热释电应用方案

总结
随着智能传感技术的不断发展，智能传感应用逐渐融入到人们的生活和工作中，如我们常见的电子防盗、自动节能照明、监控、报警、门铃系统等领域。在这些领域，被动热释红外探测器得到了广泛的应用，但是PIR信号处理并不简单，这就需要开发者投入大量的时间和精力。为了降低制造商的生产成本和难度，将杭州晶华微电子自主研发的具有PWM输出和高精度ADC的SD4101R芯片应用于PIR信号采集和处理。
原理分析
1.热释电红外传感器(PIR)的特点：所有温度超过绝对0的物体都会产生热辐射(红外光谱)，而温度低于1725的物体主要会产生红外辐射光谱，所以自然界的所有物体都会向外辐射红外热。不同温度的物体发出的红外光波长不同，所以温度与红外波长的长度有关。而人体恒温在37左右，发出的红外线波长在10  m左右，热释电传感器通常覆盖一层特殊的菲涅尔滤光学薄膜，是专门为人体红外光波设计的装置。对波长约10m的红外光波非常敏感，对环境其他波长的红外成分有明显的抑制作用。
2.热释电红外传感器(PIR)工作原理：热释电红外传感器一般包括两个(或两个以上)热释电单元串联或并联。而且两个偏振方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电单元的影响几乎相同，所以它们产生的放电效应相互抵消，所以环境背景辐射没有信号输出到探测器。当有人在探测区域行走时，人体辐射被菲涅尔透镜聚焦，并被热释电子红外传感器接收。热释电红外传感器在接收人体红外辐射的温度变化时会失去电荷平衡。由于两个热释单元接收的热量不同，不能相互抵消，输出引脚会有变化的信号输出，可以由后续电路进行信号处理，实现不同的控制输出。此外，热释电子红外传感器有不同的窗口形状和大小。窗口面积越大，灵敏度越高，相应的成本也越高。根据产品的要求，可以选择不同型号的PIR。
3.菲涅尔透镜：
菲涅尔透镜，也称为螺旋透镜，主要由聚烯烃材料和玻璃制成。镜头一面光滑，另一面记录着从小到大的同心圆。它的纹理是根据光的干涉和干涉、相对灵敏度和接收角度的要求设计的。
菲涅尔透镜有两个作用：第一，聚焦作用，它把热释红外信号折射(反射)到PIR上；第二，它将检测区域分为亮区和暗区，使进入检测区域的运动物体在运动时可以在亮区和暗区之间来回切换，并在热释电红外传感器上折射，导致温度变化，改变红外探测器上的热释红外信号。
菲涅尔透镜，简单来说，在透镜的一侧有等距的齿，可以实现指定光谱范围内光的带通(反射或折射)功能。用于光学设备抛光的传统带通滤光片价格昂贵。菲涅尔镜头可以大大降低成本。一个典型的例子是PIR(被动红外探测器)，它广泛应用于报警。我们可以发现每个PIR都有一个小封面。这是菲涅尔透镜。小盖里面刻着牙。这种菲涅尔透镜可以将入射光的波长限制在10m左右(人体红外线的波长)，成本相当低。
菲涅尔透镜可以将透过窄带干涉滤光片的光聚焦在硅光电二极管探测器的光敏元件上。
使用注意事项：菲涅尔镜片由有机玻璃制成，不能用任何有机溶液(如酒精等)擦拭。).除尘时可用蒸馏水或普通纯净水冲洗，然后用脱脂棉擦拭。
如果菲涅尔镜头选择不当，感光度会受到很大影响，菲涅尔镜头有对焦点。只有把热释电红外传感器放在聚焦点上，才能达到最佳的聚焦效果，灵敏度最高。下图是菲涅尔透镜的聚光图和不同尺寸的测量电路示意图
该方案设计的PIR信号测量电路外围电路结构简单，其测量原理是当有人进入PIR检测范围时，PIR电荷平衡状态被打破，然后PIR信号输出引脚(S)会输出变化的电压信号，然后通过微控制器内部软件算法的处理，可以解析出有效的PIR信号。当检测到有效的脉冲响应信号时，微控制器的输出端将在一段时间内输出高电平信号。调节R4的电阻值来控制高电平的输出时间(在1~600秒范围内可调)，调节R6的电阻值来改变PIR信号检测灵敏度(灵敏度选择一般用65%~90%VDD)，用R2和R8组成的电路(光敏电阻)来判断是白天还是黑夜(CDS电压夜间大于1.0V，白天小于0.9V)，SW端可以用来选择不同的工作模式(测试模式，固定)